Увеличение объёма трафика, передаваемого посредством мобильных сетей, появление нового класса устройств - интернета вещей, создание приложений, которые требующих высокой скорости передачи данных, требуют развития нового поколения сетей мобильной связи 5G с гораздо большей производительностью, по сравнению с существующими системами мобильной связи. За последние 40 лет таких поколений было четыре, они проиллюстрированы на рисунке 1.
Рисунок 1 - Различные поколения мобильной связи
Первое поколение мобильной связи, появившееся примерно в 1980 году, было основано на аналоговой передаче данных. Системы мобильной связи, основанные на технологии первого поколения, ограничивались голосовыми услугами и впервые сделали мобильную телефонию доступной для обычных людей.
Второе поколение мобильной связи, появившееся в начале 1990-х годов, ознаменовалось внедрением цифровой передачи по радиоканалу. Хотя целевой услугой по-прежнему являлась голосовая связь, использование цифровой передачи данных позволило системам мобильной связи второго поколения также предоставлять ограниченные услуги передачи данных.
Третье поколение мобильной связи, часто называемое просто 3G, было введено в начале 2000 года. С 3G был сделан настоящий шаг к высококачественной мобильной широкополосной связи, обеспечивающей быстрый беспроводной доступ в Интернет [1].
Сейчас и уже несколько лет мы живем в эпоху мобильной связи четвертого поколения (4G), представленной технологией LTE [2]. LTE последовала за HSPA, обеспечивая более высокую эффективность и дальнейшее расширение опыта мобильной широкополосной связи с точки зрения более высоких достижимых скоростей передачи данных конечным пользователям. Это обеспечивается за счет передачи на основе OFDM, обеспечивающей более широкую полосу пропускания и более продвинутые технологии с несколькими антеннами. Таким образом, с помощью LTE мир объединился в единую глобальную технологию мобильной связи, используемую практически всеми операторами мобильной сети. Последующая эволюция LTE также расширила эксплуатацию сетей мобильной связи на нелицензированные спектры.
Разработкой стандартов системы связи 5G NR занимается консорциум 3GPP (от англ. 3rd Generation Partnership Project), в который входят крупнейшие зарубежные компании, такие как Huawei и Nokia [3].
Говоря об актуальности мобильных сетей пятого поколения, в первую очередь хочется отметить, что объем трафика с мобильных устройств набирает обороты. Первая половина 2017-го года явилась переломным моментом, когда доля пользователей, пользующихся интернетом через мобильные устройства, превысило количество пользователей, которые используют для выхода в интернет исключительно персональными компьютерами, т.е. мобильный доступ в этот момент стал важнее и более востребован, чем стационарный.
Сейчас с большой скоростью появляются на свет новые приложения, новые услуги, и все это требует качественно нового уровня выхода в интернет, как с точки зрения скорости передачи данных, так и задержек.
Из недостатков же можно выделить высокие экономические затраты. Развертывание сетей пятого поколения в России сталкивается с серьёзными препятствиями. В стране пока нет собственного оборудования для них, и появится оно не раньше, чем в 2023 году. Операторам не готовы выделить самые подходящие для 5О-частоты, потому что они заняты силовыми структурами; из-за строгих санитарных норм развёртывание сетей может оказаться в несколько раз дороже, чем в целом по миру.
Представитель «Ростелекома» в разговоре с РБК сообщил, что в соответствии с «дорожной картой» развития 5G первые коммерческие сети в России появятся в 2024 году в городах-миллионниках, и они должны быть построены на отечественном оборудовании, которое пока существует только в виде прототипов.
Разработка новых стандартов направлена на существенное, по сравнению с предыдущим поколением мобильной радиосвязи LTE, расширение функциональности, охватывающее такие новые сценарии использования сотовой связи, как eMBB (от англ. enhanced Mobile BroadBand), URLLC (от англ. Ultra-Reliable Low-Latency Communications), mMTC (от англ. massive Machine-Type Communications). Все это приводит к необходимости в реализации высокой адаптивности алгоритмов формирования и обработки сигналов, предназначенных для передачи как непосредственно данных абонентов, так и управляющей информации.
Алгоритмы генерации сигналов PUCCH характеризуются высокой гибкостью. Особое внимание, уделяемое процедурам обработки нулевого формата PUCCH, вызвано тем, что сигналы, передающие сообщения этого формата являются наиболее короткими, а информация, содержащаяся в управляющем сообщении, требует передачи наиболее часто.
Данная выпускная квалификационная работа посвящена апробации модификации алгоритма детектирования сигнала PUCCH нулевого формата в системе связи 5G NR. В ходе ее выполнения были получены следующие основные результаты:
1) Освоен язык среды научных расчетов MATLAB.
2) Передан 5G NR сигнал с помощью программно-определяемого радио ADALM-PLUTO.
3) Разработаны упрощенные алгоритмы синхронизации приемо-передатчиков ADALM-PLUTO.
4) Проведена экспериментальная апробация, доказывающая
работоспособность модификации метода детектирования сообщений PUCCH нулевого формата.
Разработка новых стандартов направлена на существенное, по сравнению с предыдущим поколением мобильной радиосвязи LTE, расширение функциональности, охватывающее новые сценарии использования сотовой связи. Все это приводит к необходимости в реализации высокой адаптивности алгоритмов формирования и обработки сигналов, предназначенных для передачи как непосредственно данных абонентов, так и управляющей информации.
